Progettazione di uno stadio con triodo a catodo comune e accoppiamento RC: Il calcolo del punto di lavoro statico

In un precedente articolo abbiamo descritto i principali parametri dei triodi.

Vediamo ora come si utilizzano i limiti espressi sopra per la progettazione di uno stadio semplice come il SIMPRE 88SE.
La valvola presa in esame è una ECC88 che ha i seguenti parametri (in un punto di lavoro tipico):

Simbolo	Descrizione	Valore
Vf, Uf	tensione del filamento	6.3V
If	corrente di filamento	365ma
Va, Ua	tensione anodica massima	130V
S	transconduttanza	12.5mA/V
Ri	resistenza interna	2.7Kohm
mu	guadagno in tensione	33
Pa	potenza anodica	1.8W
Pg	potenza di griglia
Vf+/k-	tensione di filamento (positiva) rispetto al catodo	50V
Vf-/k+	tensione di filamento (negativa) rispetto al catodo	150V
Vg	Tensione di griglia rispetto al catodo	-50V
Ik	Corrente catodica	25mA

Si noti che le 6922 o E88CC hanno caratteristiche anodiche (vedi grafico) identiche a quelle della ECC88, ma hanno caratteristiche "statiche" (tensioni massime, corrente di filamento ecc.) leggermente diverse.

Il calcolo del punto di lavoro statico

I criteri con cui si è scelta la configurazione dello stadio sono già stati presentati negli articoli precedenti, perciò li darò come assodati. Scelta la configurazione si procede come qui riportato.

Faccio notare che quanto segue nel presente paragrafo è tanto applicabile allo schema del SIMPRE 88SE, stadio single ended a triodo a catodo comune con resistenza catodica non bypassata, che ad uno stadio con resistenza catodica bypassata con un condensatore; infatti dal punto di vista della polarizzazione, trattata in questo paragrafo, la presenza o meno del condensatore è totalmente irrilevante: l’effetto è percepibile solo in termini di variazione delle caratteristiche dinamiche, in particolare il guadagno, dello stadio.

Per prima cosa si desume che l’alimentatore filamenti deve essere a 6.3V con una corrente di 365mA (si usa una sola valvola).

Ora si deve fissare il punto di lavoro statico della valvola.
La caduta di potenziale sulla valvola non può superare i 130V; d’altra parte
· la ECC88 è un tubo robusto, almeno da questo punto di vista: non ci sono di solito problemi fino a 140-150V
· incrementare la tensione di alimentazione ha degli effetti benefici sulla distorsione
· la tensione alternata di uscita che andrà a sovrapporsi al punto di lavoro statico sarà ridotta, diciamo dell’ordine della decina di volt al massimo (la sensibilità di un finale è di norma fra i 2 e i 4 V)
per cui conviene portarsi vicino al limite, diciamo attorno ai 125 Volt.

Nel caso di stadi di questo tipo si sceglie di solito una alimentazione anodica all’incirca doppia della tensione attesa sull’anodo della valvola. Lo scopo è quello di massimizzare la dinamica; nel caso in esame la cosa è in realtà abbastanza irrilevante, dati i bassi livelli in gioco, ma resta comunque un buon punto di partenza. Si pone quindi Vb (alimentazione anodica) uguale a 230V.

Come passo successivo scegliamo la corrente di polarizzazione: si deve individuare un valore ammissibile, cioè
· minore dalla Ik massima,
· tale che la potenza anodica, data dal prodotto di Ik per Va, sia inferiore a 1.8W: nel nostro caso quindi Ik deve essere inferiore a 14mA (si noti che sulle caratteristiche anodiche delle valvole molto spesso viene riportata una curva tratteggiata che rappresenta tale limite; è SEMPRE bene starne abbastanza lontani, a meno che non si sappia molto bene quello che si sta facendo: solo con tubi "special edition" ci si può azzardare a superare tali limiti, pena grossi problemi e la potenziale distruzione della valvola stessa (e magari anche di altri pezzi del circuito...)
· per cui l’area di lavoro del tubo abbia, sul grafico delle caratteristiche anodiche (riportato sotto), righe spaziate in maniera uniforme e regolare, sintomo di buona linearità.
Poniamo la corrente anodica ad esempio pari a 3.6mA.

Il punto di lavoro, individuato sullo schema dal circolo, è in corrispondenza della curva relativa ad una tensione di griglia Vg di -3.5V; questa è cioè la tensione rispetto al catodo che si deve applicare alla griglia per ottenere una tensione dell’anodo rispetto al catodo di 130V con 3.6 mA di corrente anodica.

É finalmente giunto il momento di utilizzare la famosa retta di carico statica. Questa è una retta, disegnata nel grafico delle caratteristiche anodiche di un tubo, che rappresenta la tensione residua presente sulla valvola al variare della corrente che circola nel tubo, tenendo conto delle resistenze presenti nell’analisi statica (cioé con i condensatori di bypass, se presenti, trasformati in circuiti aperti) sul circuito di anodo e su quello di catodo; in pratica è una retta che:
· interseca l’asse della tensione alla tensione di alimentazione anodica
· interseca l’asse della corrente alla corrente corrispondente alla tensione di alimentazione anodica divisa per la somma delle resistenze di anodo e di catodo
· passa per il punto di lavoro della valvola.

Nel nostro caso, sono definiti il primo ed il terzo punto; tracciando la retta (vedi schema) si ottiene anche la posizione del secondo, corrispondente ad 8.2mA.

In pratica questa è la corrente continua che circolerebbe nel circuito anodo/catodo della valvola se la differenza di potenziale dell’anodo rispetto al catodo fosse 0 (cioé se la valvola fosse un corto circuito).

Perciò la resistenza totale del circuito anodo/catodo può essere calcolata come
Ra+k = Vb / Ia(Va=0) = 250V / 8.2mA = 28kohm

Ora si deve calcolare il valore della resistenza catodica. La configurazione scelta prevede la cosiddetta polarizzazione automatica per resistenza catodica: cioè la griglia viene polarizzata negativamente rispetto al catodo in pratica... polarizzando positivamente il catodo rispetto alla griglia! In effetti la griglia viene polarizzata al potenziale di massa tramite una resistenza di elevato valore (per mantenere elevata la resistenza di ingresso dello stadio), mentre si sfrutta la corrente che circola nel catodo della griglia per sollevare il catodo stesso rispetto a massa, semplicemente ponendo una resistenza di adeguato valore fra il catodo stesso e la massa.

Nel nostro caso la corrente catodica (uguale a quella anodica, a meno che non vi sia una corrente di griglia significativa, cosa che si verifica solo se la griglia viene a trovarsi positiva rispetto al catodo) è per costruzione pari a 3.6mA, la tensione del catodo rispetto a massa deve essere di 3.5V, quindi la resistenza catodica richiesta è di
Rk = Vg / Ia = 3.5V / 3.6mA = 1 kohm

Perciò la resistenza anodica dovrà essere di
Ra = Ra+k - Rk = 28kohm - 1kohm = 27 kohm

Si noti che le resistenze anodiche e catodiche qui calcolate rappresentano le resistenze equivalenti in corrente continua poste rispettivamente fra anodo ed alimentazione anodica e catodo ed alimentazione catodica o massa. Se si utilizzano configurazioni particolari, si deve tener conto di questo punto.

Conclusione

In pratica il punto di lavoro può essere fissato liberamente, tenendo conto di tutti i vincoli dati dai valori massimi ammissibili per le varie grandezze, ma una volta fissato questo e la tensione di alimentazione tutti gli altri elementi sono definiti di conseguenza.

Per quanto riguarda la scelta del punto di lavoro, spesso anche il costruttore riporta in tabelle varie configurazioni consigliate, corrispondenti a diversi punti di lavoro, con i dati della componentistica passiva necessaria e le caratteristiche principali degli stessi (tipicamente guadagno, accettazione in ingresso, swing in uscita, distorsione). Normalmente queste sono dei buoni punti di partenza per una sperimentazione.

© Copyright 1998 Giorgio Pozzoli